回顾拜耳法和碱石灰烧结法

回顾：拜耳法与碱石灰烧结法

一、原理

拜耳法：K. J. Bayer 1889-1892 提出, 实质为两项专利:

•低温低ακ铝酸钠溶液, 加晶种时AH析出;

•高温高ακ铝酸钠溶液, 铝土矿的溶出。

实质：使下列反应在不同的条件下朝不同方向交替进行

Al2O3(1或3)H2O + 2NaOH + aq 2NaAl(OH)4 + aq

碱石灰烧结法：

1. 高温焙烧把铝土矿中的Al2O3与加入的纯碱Na2CO3反应形成易溶于水或稀碱的固体铝酸钠(Na2O·Al2O3)，同时使杂质硅、铁、钛等生成原硅酸钙(2CaO·SiO2)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、钛酸钙(CaO·TiO2)等。

2. 用调整液溶出熟料中的Na2O与Al2O3，得到铝酸钠溶液，与进入赤泥的原硅酸钙、钛酸钙以及Fe2O3·H2O等不溶性残渣分离。

3. 熟料的溶出液(粗液)进行专门的脱硅净化，脱硅后的精液碳分产出Al2O3。碳分母液蒸发浓缩后返回配料。

二、流程

拜耳法：四个循环，六个工序

原矿浆制备、高压溶出(循环一)、溶出矿浆稀释和赤泥分离和洗涤(循环二)、晶种分解(循环三)、AH分级与洗涤、AH煅烧、母液蒸发及苛化(循环四)等。

碱石灰烧结法：九个工序，六个比

九个工序：生料浆制备；熟料烧结；熟料溶出；赤泥分离及洗涤；粗液脱硅；精液碳酸化分解；氢氧化铝分离与洗涤；氢氧化铝的煅烧；分解母液蒸发浓缩六个比：碱比(Na2CO3/Al2O3+Fe2O3)；钙比(CaO/SiO2)；铝硅比(A/S)；铁铝比(F/A)；生料浆液固比；溶出液固比

三、溶出主要反应

拜耳法：

1.主反应：三水铝石：Al(OH)3 + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq

一水铝石：AlOOH + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq

2. SiO2：

溶解：Al2O3·2SiO2·2H2O + 6NaOH + aq → 2NaAl(OH)4 + 2Na2SiO3 + aq

析出： 1.7Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4+ aq → Na2O·Al2O3·1.7SiO2·H2O↓+ 3.4NaOH + H2O

①引起Al2O3和Na2O 的损失;

②形成钠硅渣，进入成品AH，影响产品质量;

③钠硅渣在生产设备和管道上，特别是在预热器、压煮器等换热设备表面上

析出成为结疤，使传热系数大大降低,增加能耗和清理工作量。

④大量的硅酸钠大形成增加赤泥量，并且可能成为极分散的细悬浮液，不利

于赤泥的分离和洗涤。

措施：预脱硅

3. 含硫矿物及铁矿

a-FeOOH→ a-Fe2O3 +H2O (针铁矿变为赤铁矿，有利)

2FeCO3+2NaOH → Fe(OH)2+Na2CO3 (菱铁矿反苛化，高度分散的Fe(OH)2) 4Fe(OH)2→ Fe3O4+Fe O+ 3H2O+H2↑（磁铁矿污染铝酸钠溶液）

3FeO + H2O → Fe3O4 +H2↑ (绿泥石，有害）

黄铁矿(硫的存在形态，胶体，污染铝酸钠溶液，降低赤泥沉降性能，有害)

1.反苛化和形成钠的含硫化合物，损失苛性碱，且蒸发时析出钠盐；

2.高度分散的FeO 、FeS和Fe3O4难分离，影响产品质量；沉降性能变坏。

3.不凝性气体增加，导致溶出器有效容积减少；

4.腐蚀设备：

Fe+Na2S2O3+2NaOH →Na2S+Na2SO4+Fe(OH)2

Fe(OH)2+Na2S → Na2[FeS2(OH)2] ·2H2O

措施：控制S含量(拜耳法S%<0.7%)；加氧化剂(漂白粉和NaNO3)。

4. TiO2

3TiO2+2NaOH+aq=Na2O·3TiO2·2.5H2O+aq

①与碱反应，导致Na2O损失；

②太酸钠薄膜的形成包裹矿石表面，降低溶出率；

③赤泥沉降性能变差，在加热器表面形成结垢，降低传热效率。

措施：添加石灰使之形成钙钛矿(CaO·TiO2):

2CaO+TiO2+2H2O=2CaO·TiO2·2H2O

由于钛酸钙结晶粗大松脆，易脱落，所以氧化铝溶出不受影响，并且消除了生成钛酸钠所造成的碱损失。

5. 添加石灰(CaO)的作用

矿石中含有少量的CaO，主要来源于工艺流程中添加的石灰。

CaO是拜耳法溶出过程中必须添加的物质，作用为：

添加CaO是消除TiO2的危害有效措施：

2CaO+TiO2+2H2O=2CaO·TiO2·2H2O

避免了钛酸钠的生成，从而消除了TiO2的危害，显著提高氧化铝的溶

出速率和浸出率。

促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的氧化铝充分溶出，并使赤泥沉降性能改善

活化一水硬铝石的溶出反应。

生成水化石榴石，减小氧化钠的损失，降低碱耗。

碱石灰烧结法：

1.NaAlO2+2H2O=NaAl(OH)4(90℃,3~5min,100 g/L S,Nc, Ns,稳定性)

2.2NaFeO2+2H2O=2NaOH+Fe2O3·H2O(低铁，低苛性比值溶出)

3.CA+NaOH→C3AH6+……C12A7+NaOH→C3AH6+……

CA+Na2CO3+aq→2NaAl(OH)4+CaCO3+aq

C12A7+Na2CO3+aq→NaAl(OH)4+CaCO3+NaOH+aq

C3AH6+Na2CO3+aq →NaAl(OH)4+CaCO3+NaOH+aq

4. C2F+aq →C3FH6+Fe(OH)3+aq

CF+NaAl(OH)4+aq →C3AH6+Fe(OH)3+aq

CF+H2O →Ca(OH)2+Fe(OH)3

Ca(OH)2+Fe(OH)3→C3FH1.5+H2O (注:铁酸钙溶出速度<原硅酸钙)二次反应：

1.2CaO·SiO2+1.17H2O= 2CaO·SiO2 · 1.17H2O （致密膜）

2CaO·SiO2 +2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2CaCO3↓+2NaOH+aq

2CaO·SiO2+2NaOH+aq=2Ca(OH)2↓+ Na2SiO3 +aq

Ca(OH)2 + Na2SiO3 +a q= 2CaO·SiO2 · H2O （致密膜）

这些反应都不致造成二次反应损失。

1. 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH